第二章-电网电流保护-2

第四节中性点直接接地电网中接地短路的零序电流及方向保护

电力系统发生接地短路时，利用对称分量法将电流和电压分解成正序、负序和零序分量，短路计算的零序等效网如图，零序电流看成在故障点出现一个零序电压产生，经变压器接地的中性点构成回路。零序电流方向为母线流向故障点为正，零序电压的方向为线路高于大地的电压为正，如图“↑”所示。第四节中性点直接接地电网中接地短路的零序电流及方向保护

故障点的零序电压最高，距故障点越远处零序电压越低。零序电流由产生的，忽略回路电阻，和超前，计及回路电阻时,如取零序阻抗角为，和将超前。

零序电流的分布，决定于线路零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗，与电源数目和位置无关。如当变压器的中性点不接地时，则=0。对于发生故障的线路，两端零序功率的方向与正序功率的方向相反，零序功率的方向实际上都是由线路流向母线的。从任一保护(例如保护1)安装处的零序电压和电流之间的关系看，由于A母线上的零序电压实际是从该点到零序网络中性点之间零序阻抗上的电压降，表示为

零序分量的特点

式中――变压器的零序阻抗。

该处零序电流与零序电压之间的相位差由阻抗角决定，与被保护线路的零序阻抗及故障点的位置无关。电力系统运行方式变化时，如果送电线路和中性点接地的变压器数目不变，零序阻抗和零序等效网络就是不变的。此时，系统的正序阻抗和负序阻抗随运行方式而变化。正、负序阻抗的变化将引起之间电压分配的改变，间接影响零序分量的大小。

用零序电流和零序电压过滤器可实现接地短路的零序电流和方向保护。

中性点直接接地的电网（大电流接地系统）中发生接地短路时，出现很大零序电流，正常运行时不存在。一、零序电压电流过滤器零序电流过滤器整定原则：

⑴躲开下一条线路出口处单相或两相接地短路时可能出现的最大零序电流3，可靠系数（取1.2～1.3）即

⑵躲开断路器三相触头不同期合闸所出现的最大零序电流3，

如保护装置动作时间大于断路器三相不同期合闸时间，不考虑。

整定值选其中较大者。在有些情况下，按照条件(2)整定将使起动电流过大，保护范围缩小时，采用在手动合闸及三相自动重合闸时，使零序Ⅰ段带一个小延时(约0.1s)躲过断路器三相不同期合闸的时间，定值上无需考虑条件(2)。二、零序电流速断(零序Ⅰ段)保护⑶当线路上采用单相自动重合闸时，按条件(1)(2)整定的零序Ⅰ段，往往不能躲开在非全相运行状态下又发生系统振荡时所出现的最大零序电流，如按这一条件整定，正常时发生接地故障时，保护范围又缩小，不能充分发挥零序I段的作用。为解决这个矛盾，设置两个零序Ⅰ段保护：①按条件(1)或(2)整定(其定值较小，保护范围较大，称灵敏Ⅰ段)，任务是对全相运行状态下接地故障起保护作用，具有较大保护范围，当单相重合闸起动时，将其自动闭锁，需待恢复全相运行时才能重新投入。②按条件(3)整定(定值较大，称不灵敏I段)，假设它的主要目的是为了在单相重合闸过程中，其它两相又发生接地故障时，弥补失去灵敏Ⅰ段的缺陷，尽快将故障切除。不灵敏Ⅰ段也能反应全相运行状态下接地故障，保护范围较灵敏Ⅰ段小。

首先考虑和下一条线路的零序电流速断相配合，并带有高出一个的时限，以保证动作的选择性。三、零序电流限时速断(零序Ⅱ段)保护

当两个保护之间的变电所母线上有中性点接地的变压器时，由于分支电路的影响将零序电流的分布变化，此时零序等效网与零序电流变化曲线如图。

当线路B-C上接地短路时，流过保护1和2的零序电流分别为和，两者之差就是从变压器中性点流回的电流。

与方向性电流保护有助增电流的情况相同，引入零序电流的分支系数之后，则零序Ⅱ段的起动电流应整定为

变压器切除或中性点不接地运行时，支路从零序等效网络中断开，＝１。

零序Ⅱ段的灵敏系数，按本线路末端接地短路时的最小零序电流校验，并应满足。当下一条线路比较短或运行方式变化较大，不能满足灵敏系数要求，考虑：

①使零序Ⅱ段保护与下一条线路的零序Ⅱ段相配合，时限再抬高一级，取为1—1.2s；（牺牲速动性，保证灵敏性）②保留0.5s的零序Ⅱ段,再增加一个1—1.2s的零序Ⅱ段；（结构复杂）③采用接地距离保护。

作用：相当于相间短路的过电流保护，一般作为后备保护，在中性点直接接地电网中的终端线路上，可作为主保护使用。

在零序过电流保护中，起动电流原则上按照躲开在下一条线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡电流来整定，引入可靠系数，即为

四、零序过电流(零序Ⅲ段)保护式中：—可靠系数，一般取为1.1～1.2；

—相邻线路的零序Ⅲ段保护范围末端发生接地短路时，故障线路中零序电流与流过本保护装置中零序电流之比。灵敏系数：作为相邻元件的后备保护时，按照相邻元件末端接地短路时，流过本保护的最小零序电流（应考虑分支电路的影响）来校验。

实际上必须按逐级配合原则考虑，即本保护零序Ⅲ段的保护范围，不能超出相邻线路上零序Ⅲ段的保护范围。当两个保护之间具有分支电路时，保护装置的起动电流应整定为

在双侧或多侧电源网络中，电源处变压器中性点一般至少有一台接地，由于零序电流实际流向是由故障点流向各个中性点接地的变压器，因此要考虑零序电流保护动作方向性问题。五、方向性零序电流保护

两侧电源处的变压器中性点均直接接地，当点短路时，零序等效网络和零序电流分布如图，按选择性要求，应由保护1和2动作切除故障，但是零序电流流过保护3时，就可能引起它的误动作；同样当点短路时，零序电流又可能使保护2误动作。

根据零序分量的特点，零序功率方向继电器显然应该采用最大灵敏角，当按规定极性对应加入3和时，继电器正好工作在最灵敏的条件下，其接线如图。

由于越靠近故障点的零序电压越高，因此零序方向元件没有电压死区。相反，当故障点距保护安装地点很远时，由于保护安装处的零序电压较低，零序电流较小，继电器反而可能不动作。

灵敏系数校验，当作为相邻元件的后备保护时，即应采用相邻元件末端短路时，在本保护安装处的最小零序电流，电压或功率与功率方向继电器的最小起动电流，电压或起动功率之比来计算灵敏系数，并要求。优点：灵敏度高—相间过电流保护按最大负荷电流整定，零序过电流保护按不平衡电流整定；单相短路，故障相电流等于零序电流动作时限较相间保护短受运行方式影响小零序阻抗较正序阻抗大—电流曲线陡，零序Ⅰ段保护范围大，Ⅱ段灵敏度容易满足不受系统振荡，短时过负荷等的影响单相接地故障占全部故障50%-90%，其它故障往往由单相接地发展起来的，因此，零序保护具有显著的优越性。六、对零序电流保护的评价缺点：

对于短线路或运行方式变化很大时，不能满足运行要求重合闸动作过程中将出现非全相运行状态，又发生系统振荡时，出现较大的零序电流，影响正确工作，从整定上考虑采用自耦变压器联系两个不同电压等级时，任一网络的接地短路将在另一网络中产生零序电流，使零序保护的整定配合复杂化，并将增大第Ⅲ段保护的动作限一、中性点不接地电网中单相接地故障的特点

正常运行情况下，三相对地有相同的电容，在相电压的作用下，每相都有一超前于相电压的电容电流流入地中，而三相电流之和等于零。

小电流接地系统中发生单相接地时，由于故障点电流很小，三相之间线电压保持对称，对负荷供电没有影响，允许继续运行1-2小时，而不必立即跳闸。但为了防止故障进一步扩大，应及时发出信号，以便采取措施予以消除。第五节中性点非直接接地电网中单相接地故障的零序电压、电流及方向保护

故障点的零序电压为

非故障相流向故障点的电容电流为假设Ａ相发生单相接地，各相对地的电压为零序电流为线路Ⅰ本身的电容电流，电容性无功功率方向由母线流向线路。在非故障线路Ⅰ上，A相电流为零，B和C相中流有本身的电容电流。因此线路始端所反映的零序电流为有效值为

在发电机上，首先有它本身的B相和C相对地电容电流和，但由于它是产生其它电容电流的电源。

因此，从A相中要流回从故障点流上来的全部电容电流，而在B相和C相中又要分别流出各线路上同名相的对地电容电流，此时从发电机出现端所反映的零序电流仍为三相电流之和。

由图26可见，各线路电容电流从A相流人后又分别从B相和C相流出，互相抵消，只剩下发电机本身的电容电流，故

即零序电流为发电机本身的电容电流，其电容性无功功率的方向是由母线流向发电机，此特点与非故障线路一样。

在发生故障的线路Ⅱ，B相和C相上与非故障线路一样，没有它本身的电容电流和，不同之处是在接地点要流回全系统B和C相对地电容电流之总和，为

有效值

式中为全系统每相对地电容的总和。此电流要从A相流回去，因此，从A相流出的电流可表示为，这样在线路Ⅱ始端所流过的零序电流则为

其有效值为

可见由故障线路流向母线的零序电流，数值等于全系统非故障元件对地电容电流之总和，其电容性无功功率的方向为由线路流向母线，与非故障上相反。

单相接地时零序等效网络如图，接地点有一零序电压，零序电压回路通过各个元件的对地电容构成，由于送电线路的零序阻抗远小于电容的阻抗，可忽略。

在中性点不接地电网中的零序电流，是各元件的对地电容电流，向量关系如图（表示线路Ⅱ本身的零序电容电流），与直接接地电网完全不同。结论：①发生单相接地时，全系统都将出现零序电压。②在非故障的元件上有零序电流，其数值等于本身的对地电容电流，电容性无功功率的实际方向为由母线流向线路。③障线路上，零序电流为全系统非故障元件对地电容电流之和，数值较大，电容性无功功率实际方向：线路流向母线。二、中性点不接地电网中单相接地保护

①绝缘监视装置

在发电厂和变电所的母线上，一般装设网络单相接地的监视装置，如图所示。②零序电流保护

依据：故障线路零序电流较非故障线路为大，实现有选择性地发出信号或动作于跳闸。

这种保护一般使用在有条件安装零序电流互感器的线路上（如电缆线路或经电缆引出的架空线路）；当单相接地电流较大，足以克服零序电流过滤器中不平衡电流的影响时，保护装置也可接于三个电流互感器构成的零序回路中。

③零序功率方向保护

依据：故障线路与非故障线路零序功率方向不同，实现有选择性的保护，动作于信号或跳闸。

该方式适用于零序电流不能